在发生飞行偶然事件的情况下无人飞行器飞行路径的确定的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开总体涉及用于选择飞行器的飞行路径的系统的方法。特别地，本公开涉及如果发生飞行偶然事件为无人驾驶飞机(UAV)选择飞行路径的系统和方法。
【背景技术】
[0002]小型UAV必须可以利用通信和导航信号以便它们进行某些任务，这些任务包括降落。为按计划进行的任务(nominal miss1n)制定计划一般包括要考虑到在哪和何时这些信号是可用的并且在哪和何时它们被阻挡。许多已知的软件包支持这种计划。
[0003]当一些其他的偶然事件强迫UAV离开按计划进行的任务路径时，有时通信或导航信号被意外地阻挡(比如，被干扰)或被仅相关的已知因素(比如，地形)阻挡。这些其他的偶然事件的示例包括引擎故障或为了追踪嫌疑目标而飞行临时航线。
[0004]为了说明前述内容，考虑一个方案，其中UAV处在山区内，且可以在操作者的视线内。其在轨道内飞行以监视目标并且停留在先前任务计划所限定的“良好通信和导航”区域内。然后操作者使UAV进入未计划的方向以便支持搜索和营救。这将使UAV处于山脉之后，进而切断了按计划进行的高度处的通信信号。在这种情形下，不期望丢失UAV或放弃该任务。
[0005]较大的UAV和有人驾驶飞行器经常具有针对通信(比如，SATC0M)和导航(比如，惯性导航)的冗余的系统，该系统可使其对干扰和其他偶然事件做出响应而不失去通信和导航。即它们具有许多的光谱自由度。另一方面，小型UAV—般不能容下这些冗余系统所需的重量、动力以及体积；因此，小型UAV依靠单一无线电和全球定位系统(GPS)接收器。为了处理飞行偶然事件的通信/导航方面，这种UAV具有少量或没有光谱自由度；代替地，它们必须依靠飞行控制使能的自由度。
[0006]一种解决方案是交通工具操作者响应于飞行偶然事件实时地人工选择路径。当偶然事件要求强行降落时，交通工具操作者(经由UAV摄像机或在地图上)查看周围从而寻找潜在的降落点，根据通信的需要将他的或她的最好的猜测作为飞行器能够安全地到达的地点，从这些地点中拾取一个地点，并且尝试驾驶UAV到达那个地点。同样地对于从飞行计划的其他偏离，操作者拾取他或她猜测将会是安全的并且有充分通信的路径，同时完成任务目标。
[0007]另一种解决方案是对UAV期望的行为进行预编程。当UAV丢失通信或者丢失其与GPS信号的连接时，其执行它的操作者在飞行前预编的路径。
[0008]进一步的解决方案，对于要求强行降落的偶然事件而言，其提供计算机程序，该计算机程序检查所存储的信息，该信息关于地形、天气、飞行器性能特性以及诸如机场、公路、电线或森林的地形特征；选择在飞行器的性能限制下能够到达的潜在降落点；以及使飞行器飞到这些地点之一或者显示信息以引导交通工具操作者到达这些地点之一。对于包括特设的重新计划的飞行计划而言，这种已知的解决方案提供了路径，从该路径UAV总能够在UAV的运动极限内到达安全降落点。这种已知的解决方案不考虑通信或GPS连接约束。
[0009]在此需要一种系统和方法，其能够帮助UAV选择在偶然事件情形中维持使用通信和导航信号的飞行路径。
【发明内容】
[0010]改进的UAV控制系统在此被描述，其将约束添加到在发生飞行偶然事件，诸如引擎故障或者遇到干扰(其强迫改道或未计划的降落)的情况下选择飞行路径的过程中。约束为:(1)确保在偶然事件操作期间当需要时通信是可用的；以及(2)确保在偶然事件操作期间当需要时来自GPS(或其他导航系统)的信号是可用的。
[0011]根据本文公开的不同实施例，增强UAV控制系统帮助UAV选择飞行路径，该飞行路径可在偶然事件情形中维持使用通信和导航信号。根据一个实施例，UAV控制系统包括计算机系统，其被编程以便(a)检测飞行偶然事件，(b)选择符合通信和导航信号可用的要求同时满足其他约束的路径，以及(c)飞行所选路径。UAV控制系统进一步包括RF环境的数字模型，所述RF环境包含操作者的发射机的位置、如雷达站或已知干扰机的其他发射机的特性、UAV上每个天线的方位和取向，RF信号极化，可导致多路衰减的地形特征等等。控制系统进一步包括几何引擎，其包含数据和函数以便分析UAV方位和取向的改变如何影响相对于操作者的RF信号的每个天线的方位和取向。控制系统可进一步包括何时以及如何使用RF环境模型和几何引擎的逻辑。
[0012]根据一个实施例的UAV控制系统能够在每个以下偶然事件方案中维持使用通信和导航信号:(I)UAV已经进入了一个空间，在该空间中，由于干扰的原因通信和/或导航信号突然不可用，且干扰的空间范围是未知的；(2)已经存在引擎故障(或其他飞行控制故障)并且在降落不久前通信被需要，该通信包括时间以在数据可以被交换前同步通信链路；以及(3)UAV已经被改道以便追踪通过先前任务计划所覆盖区域外的新目标。软件模块或计算机程序能够被分别执行以便响应于任一个前述偶然事件而维持使用通信和导航信号。
[0013]下文公开的一个方面是响应于飞行偶然事件控制无人驾驶飞机的方法，包括由无人驾驶飞机上的计算机系统进行的以下操作:(a)确定无人驾驶飞机的当前飞行路径是否应该被改变；(b)响应于当前飞行路径应该被改变的确定，确定满足信号接收约束的无人驾驶飞机的不同飞行路径；以及(c)控制无人驾驶飞机飞过不同飞行路径。信号接收约束是通信或导航约束。在一个实施例中，不同飞行路径的目的地是紧急降落点。在另一个实施例中，不同飞行路径的目的地是没有被包含在无人驾驶飞机的计划任务内的新航路点。在进一步的实施例中，步骤(b)包括使用RF环境模型和几何引擎确定无人驾驶飞机的不同位置以便飞到正被计算的不同位置以减少干扰的影响。如果由于不同的位置的原因，与操作者的连接被恢复，则更新RF环境模型。
[0014]另一方面是响应于飞行偶然事件控制无人驾驶飞机的方法，包括由无人驾驶飞机上的计算机系统进行的以下操作:(a)确定信号接收条件是否指定无人驾驶飞机的当前取向应该被改变；(b)响应于当前取向应该被改变的确定，确定满足信号接收约束的无人驾驶飞机的不同取向；以及(C)控制无人驾驶飞机重新取向为已选择的不同取向。在一个实施例中，步骤(a)包括:(d)确定机载接收机是否正在接收足够的信号；以及(e)如果计算机系统确定在步骤(d)中接收机没有接收到足够的信号，则确定接收功率是否大于预定义的阈值。步骤(b)可以包括使用RF环境模型和几何引擎确定无人驾驶飞机的不同取向，正被计算的不同取向用于改善信号的接收。如果因为不同的取向，与操作者的连接被恢复，则更新RF环境模型。
[0015]根据进一步的方面，响应于飞行偶然事件控制无人驾驶飞机的方法被提供，其包括由无人驾驶飞机上的计算机系统进行的以下操作:(a)确定无人驾驶飞机的飞行关键组件是否操作得足够良好以继续飞行；(b)响应于飞行关键组件没有操作得足够良好的以继续飞行的确定，创建可到达的降落点列表；(C)确定到达至少一个可到达降落点的至少一条路径是否满足信号接收约束；以及(d)控制无人驾驶飞机以遵循至少一条路径。
[0016]上述的每个方法可以由包括计算机系统和计算机存储器的系统自动地执行，所述存储器存储了 RF环境模型，几何引擎以及RF约束逻辑。
[0017]根据一个实施例，计算机系统被编程以响应于当前飞行路径应该被改变的确定，使用RF环境模型和几何引擎确定满足信号接收约束的无人驾驶飞机的不同飞行路径。
[0018]根据另一个实施例，计算机系统被编程以响应于当前取向应该被改变的确定，使用RF环境模型和几何引擎确定满足信号接收约束的无人驾驶飞机的不同取向。
[0019]根据另一个实施例，计算机系统被编程以执行以下操作:确定无人驾驶飞机的飞行关键组件是否操作得足够良好以继续飞行；响应于飞行关键组件没有操作得足够良好以继续飞行的确定，创建可到达降落点列表；使用RF环境模型和几何引擎确定到达至少一个可到达降落点的至少一条路径是否满足信号接收约束；以及控制无人驾驶飞机遵循至少一条路径。
[0020]增强控制系统和方法的其他方面在下文中被公开并且被声明。
【附图说明】
[0021]图1是显示了典型的UAV的主要子系统的布局的框图。
[0022]图2是根据一个实施例显示了如果发生飞行偶然事件用于控制UAV的飞行路径的系统的软件组件的框图。
[0023]图3是显示了响应于干扰或硬件故障维持使用通信和导航信号的算法的步骤的流程图。
[0024]图4是显